本发明专利技术属于植物基因工程技术领域，具体涉及一个分离克隆自棉花的细胞壁伸展蛋白基因GbEXPATR及应用。本发明专利技术从海岛棉纤维不同发育时期的cDNA文库中获得海岛棉纤维特异表达的缺少第二个结构域的细胞壁伸展蛋白基因GbEXPATR，其核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示，其中52-306为碱基所示的区域是编码区，它特异地在海岛棉纤维伸长期、转换期及次生壁合成初期高效表达。将获得的全长ORF构建到植物超量表达载体pCAMBIA2301m上，用农杆菌介导的遗传转化方法转化陆地棉，对转基因后代的纤维品质进行分析，发现它能够有效促进纤维的伸长；马克隆值降低；使纤维从C2级上升到B2级；断裂比强度的升高。利用本发明专利技术可以有效改良棉花纤维品质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于植物基因工程
具体涉及一种棉花细胞壁伸展蛋白基因GbEXPATR及应用。利用反向遗传学的方法，通过对海岛棉纤维不同发育时期cDNA文库的分析，发现该基因GbEXPATR缺少细胞壁伸展蛋白（α-expansin）第二个结构域。本专利技术分离克隆的GbEXPATR基因在海岛棉纤维伸长期、转换期及次生壁合成初期优势表达。在棉花体内超量表达该基因能够有效促进纤维的伸长、马克隆值的降低并使纤维从C2级上升到B2级，断裂比强度升高。利用本专利技术可有效改良棉花纤维品质。
技术介绍
棉花是世界上最重要的经济作物之一，为纺织业提供了最主要的自然纤维，它的品质好坏直接关系到纺织产品质量、档次的高低。棉花纤维是由胚珠外表皮细胞分化而来的单细胞表皮毛，成熟的纤维细胞长度一般为30-40mm，厚度为15μm（Qin,Y.M.;Zhu,Y.X.,How cotton fibers elongate:a tale of linear cell-growth mode.Current opinion in plant biology2011,14(1),106-11.）。纤维的发育分为起始（Initiation）、伸长（Elongation）、转换（Transition）、次生壁合成（Secondary cell wall biosynthesis）和脱水成熟（Maturation）五个彼此重叠的过程（Haigler,C.H.等,Cotton fiber:a powerful single-cell model for cell wall and cellulose research.Frontiers in Plant Science2012,3.）。细胞壁在纤维发育过程中起着重要的作用，从伸长时初生壁的合成到次生壁加厚时纤维素的合成，这种细胞壁性质的转换决定了纤维的品质（长度、强度、成熟度）。近几年，随着生物信息学的快速发展，RNA、DNA测序技术的逐渐完善，不同纤维发育时期细胞壁相关基因被大量挖掘出来，通过转基因技术对这些基因的功能进行验证，发现它们影响了纤维的品质：将纤维伸长期高量表达的木葡聚糖内切转移酶基因GhXTH超量表达后，转基因株系纤维-的长度与对照相比增长了15-20%，而断裂比强度和马克隆值没有改变（Lee,J.等,Xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase genes in cotton and their role in fiber elongation.Planta2010,232(5),1191-205.）。GhPEL是一个10DPA纤维高量表达的果胶裂解酶，它能够降低去酯化果胶的含量，将该基因抑制后，转基因株系纤维长度下降了16%（Wang,H.等,The essential role of GhPEL gene,encoding a pectate lyase,in cell wall loosening by depolymerization of the de-esterified pectin during fiber elongation in cotton.Plant molecular biology2010,72(4-5),397-406.）。蔗糖合成酶能够催化蔗糖生成果糖和UDP-葡萄糖，而UDP-葡萄糖是纤维素合成的重要底物，将GhSusA1超量表达后能够使纤维的长度、强度增加，并且提高幼苗的生物量（Jiang,Y.等,Overexpression of GhSusA1increases plant biomass and improves cotton fiber yield and quality.Plant Biotechnology Journal2012,10(3),301-312.）。从1992年McQueen-Mason发现细胞壁伸展蛋白--expansin到现在已有二十年的时间，它被认为是一种在酸性条件下诱导细胞壁发生不可逆伸展的细胞壁蛋白。典型的细胞壁伸展蛋白expansin是由250-275个氨基酸组成，包括一个N端的信号肽（20-30个氨基酸），两个结构域domain1（120-135个氨基酸）和domain2（90-120个氨基酸）（Cosgrove,D.J.,Loosening of plant cell walls by expansins.Nature 2000,407(6802),321-326.）。通过序列的进化分析发现，在植物中存在四个expansin家族：α-expansin (EXPA)，β-expansin(EXPB)，expansin-like A(EXLA)和expansin-like B(EXLB)。α-expansin存在于双子叶植物中，β-expansin只存在禾本科植物。α-expansin和β-expansin已被证实具有细胞壁松弛的活性，而expansin-like A和expansin-like B的功能还在研究中（Cosgrove,J.S.a.D.J.,The expansin superfamily.2005.）。生物信息学分析表明，禾本科植物中存在一组只与expansin第二个结构域（domain2）同源的分泌蛋白，在免疫学上划分为禾本科第二组花粉过敏源G2As（grass group-2pollen allergens）。它们可能是由β-expansin进化而来，与β-expansin的相似度达35-45%，但是其生物学功能还不清楚。还有两类与expansin第一个结构域相似度达25-35%的植物蛋白：p12和植物尿钠肽（PNP，plant natriuretic peptide），它们大量的存在于患有黄萎病的柑橘木质部中，具有信号功能而不具备细胞壁松弛的活性。类Barwin蛋白是抗真菌蛋白PR4家族的成员，与expansin的相似度只有20-30%。细胞壁伸展蛋白expansin存在于不同的组织和器官中，例如：下胚轴、根尖、节间、茎间、根毛、花和成熟的果实，参与调控了许多植物的生长、发育、繁殖以及对逆境响应等过程。超表达PhEXPA1能增加细胞的大小，影响细胞壁成分及叶腋分生组织的形成（Zenoni,S.等,Overexpression of PhEXPA1 increases cell size,modifies cell wall polymer composition and affects the timing of axillary meristem development in Petunia hybrida.New Phytologist2011.）；下调Ib本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分离、克隆自棉花的调控海岛棉纤维伸长期、转换期及次生壁合成初期优势表达棉花细胞壁伸展蛋白基因GbEXPATR，其核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示。
【技术特征摘要】
1.一种分离、克隆自棉花的调控海岛棉纤维伸长期、转换期及次生壁合成初期优势表达棉花细胞壁
伸展蛋白基因GbEXPATR，其核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示。
2.一种分离、克隆自棉花的调控海岛棉纤维伸长期、转换期及次生壁合成初期优...
【专利技术属性】
技术研发人员：张献龙，李阳，涂礼莉，袁道军，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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